BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sistem Proteksi Sistem proteksi dalam melindungi peralatan listrik yang digunakan diharapkan dapat menghindarkan peralatan dari kerusakan atau meminimalkan kerusakan yang terjadi akibat gangguan-gangguan yang terjadi di system tenaga listrik. Dengan peralatan proteksi yang handal dan dipercaya dapat mengamankan peralatan listrik yang digunakan sehingga pelayanan tenaga listrik dapat berjalan kontiyu seta aman. Keadaan ini melindungi konsumen agar proses produksi atau kegiatan yang berlansung tidak terhambat dan merugikan baik disisi ekonomi maupun peralatan. Pada industry dan gedung-gedung biasanya mengambil pemakaian dari tegangan menengah. Pada jaringan tegangan menengah sering banyak terjadi gangguan yang cukup berisiko terhadap peralatan listrik yang digunakan. Dengan menggunakan relay proteksi untuk melindungi peralatan yang digunakan dapat mengurangi atau menghindarkan dari gangguan yang terjadi Pengertian Proteksi Proteksi adalah untuk melindungi peralatan dari segala kerusakan yang di akibatkan oleh keadaan abnormal selama system beroperasi. Fungsi

2 6 proteksi adalah memisahkan bagian system yang terganggu sehingga system lainnya terus beroperasi atau dapat diamankan. Cara kerja proteksi yaitu : a. Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya pada bagian system yang diamankan. b. Melepaskan bagian system yang terganggu. c. Memberitahukan operator adanya gangguan dan lokasinya. Untuk pengamanan bagian peralatan utama yang penting digunakan system proteksi yang terdiri dari seperangkat peralatan proteksi yang komponen-komponen terpentingnya adalah : a. Relay Proteksi : sebagai elemen perasa yang mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya. b. Pemutus Beban (PMS) : sebagai pemutus arus beban. c. Pemutus Tenaga (PMT) : sebagai pemutus arus gangguan didalam sirkuit tenaga untuk melepaskan bagian system yang terganggu. d. Trafo Arus Dan Trafo Tegangan : sebagai penerus arus dan tegangan pada sikuit tenaga sekunder. e. Batteri (Aki) : sebagai sumber tenaga untuk relay proteksi dan control PMT Kawasan Pengamanan (Zone Of Protection) Sistem tenaga listrik terbagi kedalam seksi-seksi yang satu sama lain bias dihubungkan atau dipisahkan oleh pemutus beban (PMB) atau pemutus tenaga (PMT). Setiap seksi diamankan oleh suatu relay proteksi

3 7 dan setiap relay mempunyai kawasan pengamanan. Kawasan pengamanan adalah bagian dari system yang menjadi tanggung jawab relay proteksi untuk mendeteksi gangguan yang terjadi didalamnya, dan dengan bantuan PMT melepaskan seksi yang terganggu itu dari bagian system lainnya. Karena dengan terpisahnya bagian system yang terganggu, bagian system lainnya dapat diamankan, maka pada hakekatnya suatu relay pengaman tidak hanya mengamankan kawasannya sendiri saja, melainkan mengamankan seluruh system Pesyaratan Terpenting Pengamanan a. Kepekaan (Sensitivity) Pada prinsipnya relay harus cukup peka sehingga dapat mendeteksi gangguan dikawasan pengamanan meskipun dalam kondisi ransangan yang minimum. b. Keandalan (Realibility) Pada prinsipnya pengaman harus dapat diandalkan bekerjanya (dapat mendeteksi dan melepaskan bagian yang terganggu), tidak boleh gagal bekerja. Keandalan terdiri dari 3 (tiga) aspek yaitu : 1. Dependability Yaitu tingkat kepastian bekerjanya (keandalan kemampuan bekerjanya). 2. Security Yaitu tingkat kepastian untuk tidak salah kerja. 3. Availability

4 8 Yaitu perbandingan anatara waktu dimana pengaman dalam keadaan siap kerja dan waktu total operasinya.. c. Selectivitas (Selectivity) Pengaman harus dapat memisahkan bagian system yang terganggu sekecil mungkin yaitu hanya seksi atau peralatan yang terganggu yang menjadi kawasan pengamanan utamanya. d. Kecepatan (Speed) Untuk memperkecil kerugian atau kerusakan akibat gangguan, maka bagian yang terganggu harus dipisahkan secepa mungkin dari bagian system lainnya. 2.2 Gangguan Arus Lebih Arus lebih adalah arus yang melampaui arus beban maksimum yang diperbolehkan. Arus lebih bisa dipakai untuk mendeteksi adanya beban lebih, gangguan hubung singkat (fasa-fasa) atau gangguan fasa ke tanah dengan menggunakan relay arus lebih (Over Current Relay) pengaman ini disebut Proteksi Arus Lebih. Ada 2 (dua) macam Proteksi Arus Lebih : 1. Proteksi Beban Lebih 2. Proteksi Hubung Singkat Proteksi Beban Lebih Beban lebih mungkin tidak tepat disebut gangguan. Namun apabila dibiarkan terus dapat membahayakan peralatan, jadi harus diamankan. Beban lebih dapat terjadi pada trafo atau pada saluran karena konsumen yang dipasoknya memang terus menigkat, atau karena adanya manuver

5 9 atau perubahan aliran beban pada jaringan setelah adanya gangguan. Pada umumnya arus beban lebih itu seimbang, relay arus beban lebih harus dapat menghindari panas yang berkelebihan pada alat yang diamankannya. Namun harus dapat member kesempatan bekerja dengan beban lebih selama suhunya tidak berkelebihan. Arus beban lebih biasanya 1.05 sampai 2.0 kali arus nominalnya Proteksi Hubung Singkat Gangguan hubung singkat dapat terjadi antar fasa (3 fasa atau 2 fasa) atau anatara 1 fasa ke tanah adan dapat bersifat temporair (non persistant) atau permanen (persistant). Relay hubung singkat terhubung dikawat fasa yang juga dialiri arus beban, oleh karena itu nilai settingnya harus lebih besar dari arus beban maksimum. Arus hubung singkat bias mencapai kali arus nominalnya. Relay hubung singkat pada umumnya mempunyai 2 (dua) tingkat yaitu : a. Tingkat Rendah (Low Set) Digunakan sebagai relay hubung singkat yang sekaligus dapat berfungsi pula sebagai pengaman cadangan jauhbagi seksi berikutnya. Karakteristiknya adalah inverse time atau definite time yang harus sesuai dengan karakteristik relay seksi lainnya dalam seri, supaya bias dikoordinir dengan mudah. IEC standart telah membakukan karakteristik inverse time menjadi 4 (empat) kurva yaitu : Normal Inverse, Very Inverse, Extremeely Inverse, dan Long Time Inverse.

6 10 b. Tingkat Tinggi (High Set) Digunakan untuk mengamankan gangguan dihulu yang memerlukan waktu yang cepat karena besarnya arus gangguan. Supaya tidak salah kerja untuk gangguan diseksi berikutnya, setting arusnya dibuat lebih besar daripada arus gangguan diawal seksi berikutnya. Karakteristik arus high set biasanya definite time. 2.3 Pengertian Relay Proteksi Relay proteksi adalah suatu alat yang berfungsi mendeteksi gangguan, yang kemudian memberi perintah kepada trip coil, yaitu kumparan yang apabila bekerja akan menggerakkan pembuka pemutus tenaga (PMT) untu mengtripkan, PMT akan membebaskan tegangan dari bagian instalasi yang terganggu, dimana brarti gangguan hubung singkat yang terjadi yang dapat merusak peralatan telah dihilangkan. Relay pengaman pada dasarnya terdiri dari beberapa bagian atau elemen, yang terdiri dari : a. Bagian Perasa (Sensing Element) Pada bagian ini besaran ukur yang dirasakan akan diteruskan kebagian pembanding. b. Bagian Pembanding (Comparing Element) Pada bagian ini akan menentukan apakah besaran ukur yang dirasakan pada keadaan normal atau sudah pada keadaan tidak normal. Bila keadaan tidak normal, maka relay akan mengtripkan pemutus tenaga atau signal kebagian control.

7 11 c. Bagian Pengendali (Control Element) Bagian ini pembukaan pemutus tenaga atau signal akan diatur dan dilakukan. Relay dalam bekerjanya menggunakan besaran listrik yang dihubungkan dengan system tenaga listrik yaitu trafo arus atau trafo tegangan. Gambar 2.1 Cara Kerja Relay Elektromekanik Keterangan Gambar 2.1 : A = Kumparan Imbas TA = Transformer Arus B C D = Elektromagnet Untuk Menutup Kontak C = Kontak Penutup Rangkaian Kumparan Imbas = Pal Penutup Kontak Yang Terlengkap Pada Keping Imbas dan Berputar Bersama Keping Imbas

8 Cara Kerja Relay Elektromekanik (Gambar 2.1) Pada nilai arus tertentu sesuai penyetelan dari relay, kontak C menutup, lalu arus mengalir kekumparan imbas A sehingga keeping imbas berputar menggerakkan pal D dan mengontak kontak E, sehingga trip coil (TC) mendapat arus dan mengtripkan PMT. Untuk waktu tunda dari relay dilakukan dengan menyetel jarak antara pal D ke kontak E. Pada nilai arus tertentu yang relative besar sesuai penyetelan dari relay, kumparan instantaneous trip (IT) menutup kontaknya sehingga trip coil (TC) langsung bekerja mengtripkan PMT. Peristiwa ini disebut relay secara instantaneous. Kontak manual trip digunakan untuk mengtripkan PMT secara manual. 2.4 Pemutus Tenaga (PMT) Pemutus Tenaga (PMT) adalah suatu alat yang digunakan pada system tenaga listrik untuk membuka dan menutup pada rangkaian listrik baik pada kondisi normal mauapun abnormal. Arus nominal, tgangan pengenal dan kapasitas pemutus dari PMT tersebut telah disesuaikan dengan beban dan daya hubung singkat pada tingkat tertentu pada rangkaian dimana PMT tersebut dipasang. Dalm hubungannya dengan pengamanan PMT ini digunakan untuk memisahkan bagian dari sistm tenaga listrik yang mengalami gangguan. Pemutus tenaga (PMT) dapat dioperasikan secara manual maupun otomatis. Prinsip kerja PMT adalah secara mekanikal dan elektrikal. Secara mekanikal PMT dapat dioperasikan secara langsung dengan menekan tombol mekanikal untuk membuka dan menutup kontak-kontak utamanya. Secara elektrikal menutup dan membuka kontak-kontak utamanya digunakan

9 13 tombol yang auxilarinya dialiri energy sehingga menggerakkan kumparan kerja (Coil) dan menggerakkan mekanikal PMT. Dalam keadaan terganggu membukanya (trip) PMT bila kumparan kerjanya diberi energy yang dikendalikan oleh relay proteksi dan ini menyebabkan PMT bekerja tergantung pada design dan biasanya berkisar anatara 0,05 detik sampai 0,25 detik. Saat membuka dan menutup kontakkontak utamanya dibutuhkan bahan pemadaman busur api. Bahan pemadaman busur api ada 4 (empat) yaitu pemutus tenaga hampa udara, pemutus tenaga semburan udara, pemutus tenaga minyak, dan pemutus tenaga gas(sf6). 2.5 Trafo arus (CT) Trafo arus adalah suatu alat yang digunakan mentranformasikan dari arus yang besar (Primer) ke arus yang kecil (Sekunder) untuk dipergunakan dalam pengukuran ataupun proteksi. Trafo arus terbagi atas 2 (dua) kelompok yaitu : a. Trafo arus untuk pengukuran dimana mempunyai ketelitian tinggi pada daerah kerja (daerah pengenalnya) 5% -120% X In dan cepat jenuh. b. Trafo arus untuk proteksi diaman mempunyai daerah ketelitian yang luas dan cepat jenuh. Ada 2 (dua) pengenal arus pada trafo arus yaitu : a. Pengenal primer yaitu arus yang sebenarnya misalnya 10 A, 20A, 30 A, dan lainnya.

10 14 b. Pengenal sekunder yaitu arus yang menjadi arus turunan pengenal primer sebagai pembanding yaitu 1 A, 2A, dan 5 A (ampere). 2.6 Proteksi Thermal Proteksi thermal mendeteksi beban lebih pada pemakaian normal. Proteksi ini mengukur panas dari arus yang mengalir, mendeteksi beban yang melebihi nilai setting yang dipakai. Proteksi ini biasanya digunakan untuk transformer, capacitor bank, busbar dan jalur pemakaian. Proteksi ini digunakan pada gangguan beban lebih, dimana beban lebih mungkin tidak tepat disebut sebagai gangguan tetapi karena beban lebih adalah suatu keadaan abnormal yang apabila dibiarkan terus berlangsung dapat membahayakan peralatan, maka beban lebih harus ikut ditinjau. Beban lebih dapat terjadi pada trafo daya atau pada saluran karena konsumen yang dipasoknya memang terus meningkat, atau karena adanya manuver atau perubahan aliran beban di jaringan setelah adanya gangguan. Thermal ini mendeteksi panas dari kabel dan menghitung panas dengan persentasi arus sehingga dapat dideteksi oleh relay. Proteksi thermal dapat di hitung dengan total thermal kabel. Kapasitas thermal dapat di hitung dengan persamaan rumus dibawah ini : (2.1)

11 15 Dimana : Ө I IӨ = Kapasitas Thermal = Nilai Arus = Nilai Setting Beban Penuh = Konstanta thermis satuan menit t = Waktu dalam detik(diconverte ke menit) Tabel 2.1 Level Thermal Dalam Arus yang Konstan Untuk perhitungan waktu trip saat gangguan beban lebih yang terjadi dapat dihitung dengan persamaan rumus sebagai berikut :

12 16 (2.2) Dimana : Ө I IӨ = Kapasitas Thermal = Nilai Arus = Nilai Setting Beban Penuh = Konstanta Thermis Satuan Menit t Ip Ln = Waktu Dalam Detik(diconverte ke menit) = Alarm/batas Arus Beban = Natural Logaritma Dengan persamaan rumus ini kita dapat menghitung kerja relay saat awal kerja dan setelah bekerja, dan dapat membatasi dengan batas persentasi thermal. Dalam bekerjanya karaktristik kurva dari thermal ini ada yang cold star dan hot start. Dimana saat awal bekerja akan berfungsi karakteristik kurva cold start dan bila bekerja saat setelah operasi akan bekerja karakteristik kurva hot start.

13 17 Gambar 2.2 Kurva Trip Cold Start Dari Karakteristik Thermis

14 18 Gambar 2.3 Kurva Trip Cold Start Dari Karakteristik Thermis Prior 0,7X In

15 19 Gambar 2.3 Kurva Trip Cold Start Dari Karakteristik Thermis Prior 1 X In

16 Proteksi Arus Lebih (OCR=Over Current Relay) Relay arus lebih berfungsi merasakan adanya arus lebih dan kemudian memberikan perintah kepada pemutus beban untuk membuka. Pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang melewatinya denagan arus setting (Is). Proteksi direlay arus lebih REF 610 ada 3 (tiga) yaitu : 1. I> (Three-Phase Non Directional Over Current Protection Low-Set Stage) 2. I>> (Three-Phase Non Directional Over Current Protection High- Set Stage) 3. I>>> (Three-Phase Non Directional Over Current Protection High- Set Stage) Dasar teori arus lebih ada 3 yaitu : 1. Relay arus lebih waktu tertentu (Definite Time Relay) 2. Relay arus lebih waktu seketika (Instantaneous Relay) 3. Relay arus lebih waktu terbalik(inverse Time Relay) Relay Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time Relay) Relay ini akan memberikan perintah pada saat terjadi gangguan hubungb singkat dan melebihi arus setting (Is). Jangka waktu kerja relay mulai pick up sampai kerja relai diperpanjang dengan eaktu tertentu tidak tergantung besarnya arus yang mengerjakan relay.

17 21 Gambar 2.5 Karakteristik Waktu Relay Definite Time Relay Arus Lebih Waktu Seketika (Instantaeous Time) Relay ini akan memberikan perintah saat terjadi gangguan, bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus yang mengalir melebihi nilai settingnya. Relay ini akan bekerja dalam waktu beberapa mili detik (10 60 ms). Relay ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya dikombinasikan dengan relai arus lebih karakteristik yang lain. Gambar 2.6 Karakteristik Waktu Relay instantaneous Relay Arus Lebihn Waktu Terbalik (Inverse Time)

18 22 Relay ini akan memberikan perintah pada pemutus tenaga pada saat terjadi gangguan bila gangguannya melampaui nilai setting (Is). Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari besarnya arus secara terbalik (Inverse Time), makin besar arus yang terjadi maka semakin kecil waktu tundanya. Setiap pabrikan relai dapat membuat karakteristik waktu yang berbeda-beda. Berdasarkan standart BS 142 karakteristik waktu relay dapat dikelompokkan menjadi 4 (empat) yaitu ; 1. Normal Inverse 2. Very Inverse 3. Extremeely Inverse 4. Long Time Inverse Gambar 2.7 Karakteristik Waktu Relay Terbalik (Inverse Time) Pada Relay dengan waktu terbalik sumbu tegak merupakan waktu dalam detik atau cycle dan sumbu datar adalah berapa kali besarnya arus gangguan yang melewati relay terhadap arus penyetelannya. Penyetelan

19 23 waktu disini ditunjukkan dengan kurva yang digunakan dan sering disebut Time Dial (TD) atau Time Multiplier Setting (TMS). Bentuk karakteristik direlay REF 610 sebagai berikut. Tabel 2.2 Karakteristik Di Relay REF Karakteristik Kurva Berdasarkan Standar IEC Relay REF 610 menyediakan empat kurva waktu menurut standart IEC yaitu : Normal Inverse, Very Inverse, Extremeely Inverse, dan Long Time Inverse. Hubungan antara waktu dan arus dapat dilihat pada persamaan sebagai beikut :

20 24 (2.3) Dimana : t I K = Waktu Operasi = Nilai Arus = Konstanta Waktu I> = Nilai Setting Arus α β = Konstanta Sudut Alpha = Konstanta Sudut Beta Tabel 2.3 Nilai Konstanta Sudut α (alpha) dan sudut β (beta)

21 25 Gambar 2.8 Karakteristik Kurva Normal Inverse

22 26 Gambar 2.9 Karakteristik Kurva Very Inverse

23 27 Gambar 2.10 Karakteristik Kurva Extremeely Inverse

24 28 Gambar 2.11 Karakteristik Kurva Long Time Inverse

25 Perhitungan Daya Dalam perhitungan daya pemakai dihitung dalam Ampere karena biasanya diberkan dalam semu (Kva). Untuk daya semu ke Ampere dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : Dimana : (2.4) A S V = Arus yang Dipakai (satuan ampere) = Daya semu (satuan Kva, kilo volt ampere) = Tegangan (Satuan Volt)